考虑湍流模型不确定性量化的喷管伴随优化设计 被引量：1

1

作者 李安娜 孙中国 +1 位作者 黄柱 席光 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第3期1-8,共8页

为提高工程中广泛采用的基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模型设计优化的可靠性和稳健性,针对RANS模型存在的结构不确定性,通过质心图和雷诺应力的可实现性对其进行合理量化,采用自适应非均匀扰动方法对湍流各向异性张量的特征值和特征... 为提高工程中广泛采用的基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模型设计优化的可靠性和稳健性,针对RANS模型存在的结构不确定性,通过质心图和雷诺应力的可实现性对其进行合理量化,采用自适应非均匀扰动方法对湍流各向异性张量的特征值和特征空间施加扰动,并对模型预测的不确定区间进行数值估计。提出了一种RANS模型不确定性量化框架下的伴随设计优化方法,探索了该方法在拉瓦尔喷管优化设计中的应用,通过6次模拟获得了不同扰动下的优化几何型线,不同型线所围成的区域(置信区间)反映了模型结构不确定性引起的几何优化差异。研究结果表明:在不同扰动下,优化后的喷管总压损失降低了6.7%~19.2%,实现了喷管性能的稳健提升,获得的置信区间降低了对制造公差的敏感性,从而在一定程度上降低了精度要求和制造成本。研究结果展示了考虑RANS模型不确定性量化的优化设计在航空航天工程应用中的潜在价值和指导作用。 展开更多

关键词 不确定性量化 伴随优化设计 湍流模型 喷管 制造公差

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动态载荷下薄板加强筋结构拓扑优化设计

2

作者 温志超 孙直 +1 位作者 胡程涛 石姗姗 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期125-133,143,共10页

加强筋板壳结构在工程中有着广泛的应用,加强筋合理的布局可以有效提升加强筋板壳结构的刚度和承载能力。为了实现薄板结构最优的加强筋布局优化设计,提出了一种适用于多相材料的薄板加强筋结构的动态拓扑优化新方法。首先,基于等效刚... 加强筋板壳结构在工程中有着广泛的应用,加强筋合理的布局可以有效提升加强筋板壳结构的刚度和承载能力。为了实现薄板结构最优的加强筋布局优化设计,提出了一种适用于多相材料的薄板加强筋结构的动态拓扑优化新方法。首先,基于等效刚度理论,将加强筋与基板分别设置为强、弱材料,以不同的抗弯刚度表征加强筋与基板;其次,采用HHT-α(Hilber-Hughes-Taylor-α)方法求解动力学有限元模型,并结合先离散后微分的伴随变量方法进行动态灵敏度分析;然后,通过角点简支方板的加强筋分布拓扑优化算例与传统方法对比,验证了薄板加强筋结构动态拓扑优化方法的有效性;最后,针对不同边界条件和载荷工况下的薄板结构,进行了单相和双相材料下加强筋动态拓扑优化设计。结果表明:提出的动态载荷下薄板加强筋结构拓扑优化方法在复杂动态工况下表现出良好的适应性和稳定性,引入双相材料后,通过合理的材料分布和细化的结构设计,成功克服了单相材料在连续性分布上的不足。优化后的加强筋结构连续,传力路径完整,显著优于传统方法。 展开更多

关键词 多相材料 拓扑优化 薄板加强筋设计 HHT-α法 伴随变量方法

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面向金属泡沫散热器设计的自然对流拓扑优化

3

作者 罗纪旺 陈黎 +2 位作者 郑鑫建 杨骐瑞 陶文铨 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期72-82,共11页

针对传统方块型金属泡沫散热器散热效率不高,难以满足高功率电子器件散热需求的问题,发展了基于格子Boltzmann和水平集方法的三维拓扑优化方法。首先,采用格子Boltzmann方法求解多孔介质内的流动和传热过程;然后,采用伴随格子Boltzmann... 针对传统方块型金属泡沫散热器散热效率不高,难以满足高功率电子器件散热需求的问题,发展了基于格子Boltzmann和水平集方法的三维拓扑优化方法。首先,采用格子Boltzmann方法求解多孔介质内的流动和传热过程;然后,采用伴随格子Boltzmann方法计算梯度;最后,根据反应-扩散方程更新水平集函数。通过对底部放置发热元件方腔的自然对流过程开展拓扑优化,得到特征格拉晓夫数为2.4×10^(2)~1.2×10^(5)的4种优化散热器结构,定量评估了散热器的强化换热性能并分析相关机理。研究结果表明:随着格拉晓夫数的增大,散热主导机制由热传导转变为热对流,优化结构由伸展的树枝状向收缩的花朵状结构转变,以留出更多空间使得流动涡旋充分发展;与传统的金属泡沫方块结构和开槽的金属泡沫块结构相比,所提优化结构表现出优异的散热性能,其分支结构和中空结构能够优化方腔内的流动,从而将散热效率提升了29.7%以上,表明了所提拓扑优化方法的有效性。研究工作可为新型金属泡沫散热器的设计提供理论指导。 展开更多

关键词 散热器设计 强化换热 伴随格子Boltzmann方法 金属泡沫 拓扑优化

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基于伴随方法的离心泵叶轮优化设计 被引量：11

4

作者 张人会 郭苗 +1 位作者 杨军虎 刘宜 《排灌机械工程学报》 EI 北大核心 2014年第11期943-947,954,共6页

针对水力机械优化设计过程中存在计算量巨大、叶型的控制及修改不便等问题,提出了基于伴随方法的离心泵叶轮优化设计方法.以某低比转数离心泵叶轮为研究对象,采用泰勒展开法进行离心泵叶片形状的参数化控制.将泵内流动控制方程作为优化... 针对水力机械优化设计过程中存在计算量巨大、叶型的控制及修改不便等问题,提出了基于伴随方法的离心泵叶轮优化设计方法.以某低比转数离心泵叶轮为研究对象,采用泰勒展开法进行离心泵叶片形状的参数化控制.将泵内流动控制方程作为优化问题的约束条件,通过引入伴随变量将约束优化问题变为无约束优化问题,推导了目标函数的变分形式、伴随方程及伴随变量在计算域各边界上的边界条件.根据伴随方法计算目标函数对设计变量的梯度矢量,在任意给定的初始直叶片的基础上沿梯度矢量反方向不断更新叶片形状,直至目标函数达到最小值时即为最优设计.由于在目标函数的变分中不包含流场参数的变分,在一次优化迭代中只需要计算流场及伴随变量场各一次,大大减少了叶轮优化过程的计算量.算例计算结果表明所提出的离心泵叶轮伴随优化方法是可行的. 展开更多

关键词 离心泵 伴随方法 参数化控制 优化设计

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多体系统动力学动态最优化设计与灵敏度分析 被引量：6

5

作者 潘振宽 丁洁玉 +1 位作者 高磊 高波 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第5期611-619,共9页

基于多体系统的动态最优化设计过程包括传统的多体系统仿真分析、系统设计灵敏度分析、系统最优化设计等过程,针对多体系统运动学、用二阶常微分方程和微分代数方程描述的动力学,基于含设计参数的通用数学模型及通用的积分型目标函数,... 基于多体系统的动态最优化设计过程包括传统的多体系统仿真分析、系统设计灵敏度分析、系统最优化设计等过程,针对多体系统运动学、用二阶常微分方程和微分代数方程描述的动力学,基于含设计参数的通用数学模型及通用的积分型目标函数,采用高效的系统灵敏度分析伴随变量方法及易于实施的惩罚函数最优设计方法,建立了多体系统最优设计数学模犁和算法.通过双摆系统、曲柄-滑块系统、弹簧/阻尼器-滑块系统3个算例对上述算法的有效性进行了验证. 展开更多

关键词 多体系统动力学 动态优化设计 惩罚函数方法 灵敏度分析 伴随变量方法

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基于伴随方程和自由变形技术的跨声速机翼气动设计方法研究 被引量：7

6

作者 白俊强 陈颂 +2 位作者 华俊 孙智伟 黄江涛 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2014年第6期820-826,833,共8页

将连续伴随方程法与自由变形技术(Free Form Deform-FFD)相结合开展了跨声速机翼气动外形优化设计方法研究。采用Bernstein基函数建立了空间FFD参数化方法,并应用基于控制理论的连续伴随方程方法建立了目标函数对于待优化几何外形的梯... 将连续伴随方程法与自由变形技术(Free Form Deform-FFD)相结合开展了跨声速机翼气动外形优化设计方法研究。采用Bernstein基函数建立了空间FFD参数化方法,并应用基于控制理论的连续伴随方程方法建立了目标函数对于待优化几何外形的梯度求解模式,将几何外形参数化方法、连续伴随方法以及CFD数值模拟技术相结合,研究、构建了适合跨声速机翼的气动外形优化设计系统。利用该系统对ONERA M6机翼及某型民用客机机翼进行了气动减阻设计,算例验证表明该方法应用于跨声速机翼气动减阻设计效果明显,并且能较好的保持几何表面连续性和光滑性。 展开更多

关键词 气动设计 伴随方程 自由变形 跨声速机翼

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基于N-S方程的翼型气动优化设计 被引量：14

7

作者 周铸 陈作斌 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2002年第2期141-147,共7页

本文简要回顾了气动优化设计的最新发展 ,并采用连续伴随方法对粘性条件下的翼型气动外形进行了优化设计。设计过程中 ,采用B样条曲线的控制顶点作为设计变量 ,通过求解伴随方程得到目标函数关于设计变量的梯度 ,最后用最速下降法和BFG... 本文简要回顾了气动优化设计的最新发展 ,并采用连续伴随方法对粘性条件下的翼型气动外形进行了优化设计。设计过程中 ,采用B样条曲线的控制顶点作为设计变量 ,通过求解伴随方程得到目标函数关于设计变量的梯度 ,最后用最速下降法和BFGS变尺度法对二维翼型进行了外形优化 ,验证了本方法直接、快速的设计能力。 展开更多

关键词 N-S方程 翼型 气动优化设计 伴随方法

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基于非结构网格离散型伴随方法的翼型优化 被引量：15

8

作者 高宜胜 伍贻兆 夏健 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2013年第2期244-249,265,共7页

发展实现了基于非结构网格离散型伴随方法的气动力优化技术并将其应用于翼型优化。针对以往伴随模型只考虑流场伴随方程而使梯度计算量仍与设计变量数目相关的问题,研究了基于目标函数计算全过程的伴随模型,通过对优化问题整体进行线化... 发展实现了基于非结构网格离散型伴随方法的气动力优化技术并将其应用于翼型优化。针对以往伴随模型只考虑流场伴随方程而使梯度计算量仍与设计变量数目相关的问题,研究了基于目标函数计算全过程的伴随模型,通过对优化问题整体进行线化、转置运算从而得到完整的伴随模型,实现了梯度计算的计算量与设计变量数目无关的效果。同时针对离散型伴随方法具体推导过程冗长易错的问题,选择性地利用自动微分技术对空间离散过程的各部分进行处理,既避免了盲目使用自动微分导致计算效率低下的问题,又大幅减小了离散型伴随方法具体形式的推导实现难度。翼型反设计问题和约束优化问题计算结果展示了本文方法的有效性。 展开更多

关键词 非结构网格 离散型伴随方法 气动力优化 自动微分 反设计

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基于伴随模型的历史拟合参数敏感性分析方法 被引量：3

9

作者 汪勇 张璋 +1 位作者 孙业恒 刘威 《新疆石油地质》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期240-244,共5页

针对目前油藏数值模拟参数敏感性分析方法存在运算量大、无法处理大规模油藏、计算精度达不到要求等缺陷,提出了基于伴随模型的历史拟合参数敏感性分析方法。依据伴随系统理论,建立伴随变量独立于模拟计算变量的伴随模型,避免直接求解... 针对目前油藏数值模拟参数敏感性分析方法存在运算量大、无法处理大规模油藏、计算精度达不到要求等缺陷,提出了基于伴随模型的历史拟合参数敏感性分析方法。依据伴随系统理论,建立伴随变量独立于模拟计算变量的伴随模型,避免直接求解梯度方程;根据油藏数值模拟器的渗流模型状态方程及求解方法,构建伴随模型的系数矩阵,求解伴随方程,得到伴随变量;建立敏感系数计算方程,利用所得到的伴随变量,求解目标函数关于控制变量的敏感系数矩阵。与常用的梯度模拟器法和试验设计法相比:伴随模型的系数矩阵易于构建,可直接来源于渗流模型状态方程的求解结果;求解梯度方程的计算量仅取决于观测数据的数量,而不取决于模型参数的数量,为求解某一观测数据对所有模型参数的导数,只需构建并求解一个相应的伴随方程;只需正演一次原模型以及反演一次伴随模型,就可以得到所有时间每一个网格参数的敏感系数,提高了参数敏感性分析效率。 展开更多

关键词 油藏数值模拟 历史拟合 敏感性分析 伴随模型 梯度模拟器法 试验设计法

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基于伴随方法的叶片三维气动外形优化设计 被引量：3

10

作者 刘浩 张雷 李霄琳 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期436-442,共7页

在计算流体动力学的基础上,通过引入离散黏性伴随方法和基于径向基函数的网格变形技术,构建一种高效的叶片气动优化设计系统。利用此优化设计系统对跨音速转子Rotor37的叶片进行优化设计。研究结果表明:在近最大等熵效率工况点下,优化... 在计算流体动力学的基础上,通过引入离散黏性伴随方法和基于径向基函数的网格变形技术,构建一种高效的叶片气动优化设计系统。利用此优化设计系统对跨音速转子Rotor37的叶片进行优化设计。研究结果表明:在近最大等熵效率工况点下,优化后叶片流道激波强度和流动损失有效降低,转子的总压比提高0.352%,等熵效率提高0.339%,质量流量提高0.362%。与传统的叶片优化设计方法相比,此优化方法能够显示分析叶片外形与目标函数之间的关系,并有效地降低优化设计时间。 展开更多

关键词 计算流体动力学 伴随方法 径向基函数 网格变形 优化设计

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离心泵蜗壳拓扑优化设计方法研究 被引量：4

11

作者 徐胜利 张辉 +2 位作者 金婷婷 杨成立 周演 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期115-121,共7页

为了提高离心泵的水力性能,采用拓扑优化方法对离心泵蜗壳进行拓扑优化设计,建立了优化数学模型,优化目标函数为最小化流体的总压损失,约束条件为流体域的体积约束.基于OpenFOAM,编制了优化问题分析和求解程序,通过连续伴随法求得目标... 为了提高离心泵的水力性能,采用拓扑优化方法对离心泵蜗壳进行拓扑优化设计,建立了优化数学模型,优化目标函数为最小化流体的总压损失,约束条件为流体域的体积约束.基于OpenFOAM,编制了优化问题分析和求解程序,通过连续伴随法求得目标函数对设计变量的灵敏度,采用移动渐近线法(MMA)求解优化问题.二维蜗壳优化结果表明,提出的蜗壳拓扑优化方法能够获得蜗壳优化设计方案,得出的蜗壳结构与用传统设计方法设计出的蜗壳结构十分接近,且拓扑优化方法下的蜗壳流场内总压损失更小,特别是在传统蜗壳设计方法不适用的情况下,该方法能够自动获得蜗壳构型.研究结果对于拓展离心泵优化设计方案具有一定的借鉴价值. 展开更多

关键词 离心泵蜗壳 拓扑优化 设计方法 OPENFOAM 连续伴随法

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黏性阻尼系统时域响应灵敏度及其一致性研究 被引量：5

12

作者 张磊 张严 丁喆 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1113-1124,I0005,共13页

时域响应灵敏度分析是时域梯度优化算法的基础.灵敏度分析通常只涉及对设计变量的微分运算,但时域响应灵敏度问题还涉及时间域的离散化.因此,微分和离散的先后顺序可能对时域响应灵敏度结果产生影响.针对黏性阻尼系统时域响应灵敏度求... 时域响应灵敏度分析是时域梯度优化算法的基础.灵敏度分析通常只涉及对设计变量的微分运算,但时域响应灵敏度问题还涉及时间域的离散化.因此,微分和离散的先后顺序可能对时域响应灵敏度结果产生影响.针对黏性阻尼系统时域响应灵敏度求解问题,基于改进精细积分方法,分别推导了先微分后离散和先离散后微分两种伴随变量方法.其中,先微分后离散法首先对由伴随变量构造的增广函数微分,再利用改进精细积分方法在各离散时间点求解时域响应灵敏度;而先离散后微分方法则首先在各离散时间点引入残值方程构造增广函数,再对各增广函数进行微分以求解时域响应灵敏度.通过数值算例验证了所提出方法的有效性和准确性,并与传统基于Newmark的方法进行比较.结果表明,积分方案、数值离散误差以及离散和微分的先后顺序共同影响灵敏度的一致性误差.综合考虑精度、效率和一致性问题,基于改进精细积分的先微分后离散伴随变量法表现更优,最适合应用于黏性阻尼系统时域梯度优化算法. 展开更多

关键词 灵敏度分析 伴随变量法 时域动力响应 一致性分析 黏性阻尼系统

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考虑阻力发散约束的机翼气动/结构多点优化设计 被引量：1

13

作者 张煜 白俊强 屈峰 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期241-252,共12页

以阻力发散性能为约束,使用基于离散伴随的梯度类优化设计方法对某远程宽体客机机翼/机身/平垂尾/发动机构型进行了气动/结构的机翼多点精细化设计。使用DLR-F6翼身组合体构型对建立的气动/结构耦合数值求解方法进行了验证。对某远程宽... 以阻力发散性能为约束,使用基于离散伴随的梯度类优化设计方法对某远程宽体客机机翼/机身/平垂尾/发动机构型进行了气动/结构的机翼多点精细化设计。使用DLR-F6翼身组合体构型对建立的气动/结构耦合数值求解方法进行了验证。对某远程宽体客机构型进行了气动/结构机翼优化设计。优化结果各设计状态的阻力系数均有所减小,巡航状态阻力系数减小13.67 counts,Ma为0.87的设计状态较Ma为0.85的设计状态阻力系数差量由28.52 counts减至18.98 counts,阻力发散性能得到明显改善。将气动/结构多点优化结果与气动学科巡航单点优化结果和结构学科巡航单点优化结果进行了对比。结果表明:相较于单学科单点设计问题,考虑阻力发散特性的气动/结构多点优化设计可以充分挖掘构型设计潜力,得到综合性能更好、工程实用性更强的设计结果。 展开更多

关键词 大型民用客机 阻力发散 气动/结构优化设计 离散伴随方法 梯度优化

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基于自适应交叉近似边界元法的快速声学灵敏度分析 被引量：5

14

作者 郑昌军 陈磊磊 陈海波 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期413-418,424,共7页

基于自适应交叉近似边界元法构造一组快速声学灵敏度分析方法,其中,声学灵敏度分析分别采用直接微分法和伴随变量法;而自适应交叉近似算法被用以克服常规边界元法的高计算量和高存储量的固有缺点。自适应交叉近似算法在迭代求解之前对... 基于自适应交叉近似边界元法构造一组快速声学灵敏度分析方法,其中,声学灵敏度分析分别采用直接微分法和伴随变量法;而自适应交叉近似算法被用以克服常规边界元法的高计算量和高存储量的固有缺点。自适应交叉近似算法在迭代求解之前对边界元系数矩阵进行压缩存储,可以在降低存储量的同时提高求解效率。在声学灵敏度分析中,通过直接使用求解未知边界状态值时保存的压缩系数矩阵,可以进一步提高求解效率。数值算例验证了所构造的方法的计算精度和求解效率,以及在大规模声场问题的最优化分析中的应用潜力。 展开更多

关键词 边界元法 自适应交叉近似 声学灵敏度 直接微分法 伴随变量法

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结构特征值灵敏度的半解析伴随变量法 被引量：8

15

作者 张保 孙秦 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2013年第8期1221-1224,1229,共5页

灵敏度分析在结构优化设计和可靠性分析中起着至关重要的作用。针对特征值敏度的解析法在有限元分析中不足,本文提出了一种基于半解析的伴随变量特征值敏度分析方法,用有限差分法代替了常规的解析求导。另外,针对导数矩阵稀疏性的特点... 灵敏度分析在结构优化设计和可靠性分析中起着至关重要的作用。针对特征值敏度的解析法在有限元分析中不足,本文提出了一种基于半解析的伴随变量特征值敏度分析方法,用有限差分法代替了常规的解析求导。另外,针对导数矩阵稀疏性的特点提出了一种新颖的存储方法,并将这种方法应用于伴随变量法涉及到的导数矩阵存储,节省了存储空间。最后将本文提出的伴随变量方法与常见的解析法敏度分析方法进行对比,证实本文方法在精确性和计算效率上得到了较大的提高,且非常适合于大型结构的敏度分析。 展开更多

关键词 结构特征值 设计敏度分析 半解析法 伴随变量 稀疏矩阵的存储

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叶栅气动反问题的伴随优化解法及应用 被引量：3

16

作者 朱玉杰 琚亚平 +1 位作者 戴韧 张楚华 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期138-144,共7页

伴随方法是目前流体机械优化设计领域的研究热点,具有计算量与设计变量数目基本无关的优点。鉴于以往相关研究尚未将伴随方法用于有分离流动条件下的叶栅气动反问题设计,建立了一套集叶片几何参数化、网格生成、流场求解、伴随场求解与... 伴随方法是目前流体机械优化设计领域的研究热点,具有计算量与设计变量数目基本无关的优点。鉴于以往相关研究尚未将伴随方法用于有分离流动条件下的叶栅气动反问题设计,建立了一套集叶片几何参数化、网格生成、流场求解、伴随场求解与优化求解于一体的叶栅气动反问题的优化求解方法,从减弱流动分离的角度出发,通过给定更合适的叶片表面压力分布,完成了叶栅反问题求解。研究表明,所得叶片吸力面型线更为平缓,在所研究的2种攻角下的尾缘附近流动分离较优化前得到了有效缓解。该研究有利于发展高效、宽工况叶栅设计技术,并可为复杂流体机械部件的先进设计奠定理论基础。 展开更多

关键词 叶栅 几何参数化 伴随方法 反问题 优化设计

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基于伴随方法的飞翼布局多目标气动优化设计 被引量：8

17

作者 刘晓冬 张沛良 +2 位作者 何光洪 王永恩 杨旭东 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期753-760,共8页

针对飞翼布局气动设计中的多目标多约束设计问题,开展了基于伴随方法的气动优化设计研究。构建合理的统一目标函数,并根据伴随方法基本原理推导了相应的伴随方程边界条件及梯度求解方程,采用N-S方程和伴随气动优化设计方法,进行了2种不... 针对飞翼布局气动设计中的多目标多约束设计问题,开展了基于伴随方法的气动优化设计研究。构建合理的统一目标函数,并根据伴随方法基本原理推导了相应的伴随方程边界条件及梯度求解方程,采用N-S方程和伴随气动优化设计方法,进行了2种不同展弦比飞翼布局的跨声速减阻优化设计,优化结果表明:在满足气动、几何约束的前提下,飞翼布局跨声速激波阻力被很大程度削弱,证明了所发展的方法在飞翼布局多目标多约束气动设计上具有较高的优化效率和良好的优化效果。 展开更多

关键词 伴随方法 气动优化设计 多目标优化 飞翼布局

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考虑声爆特性的超声速客机气动优化设计 被引量：2

18

作者 刘少伟 白俊强 +2 位作者 余培汛 陈保 周伯霄 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期271-278,共8页

提高巡航气动效率和降低声爆强度是超声速客机设计的关键。首先建立了基于RANS方程的近场CFD预测和基于波形参数法的远场预测相结合的高精度声爆评估方法,然后采用有限差分法求解声爆目标对设计变量的梯度,与由离散伴随方程法求解的气... 提高巡航气动效率和降低声爆强度是超声速客机设计的关键。首先建立了基于RANS方程的近场CFD预测和基于波形参数法的远场预测相结合的高精度声爆评估方法,然后采用有限差分法求解声爆目标对设计变量的梯度,与由离散伴随方程法求解的气动目标函数的梯度进行组装,作为权重目标值的梯度,并耦合自由型面变形参数化技术、基于逆距离权重插值算法的网格变形技术和序列二次规划算法,搭建了考虑声爆特性的气动优化系统。对超声速公务机翼身组合体构型先后进行了考虑声爆的机头偏转气动优化设计和机翼精细化气动减阻优化设计,优化目标分别为声爆值和阻力系数的权重之和、超声速巡航点阻力系数。结果表明,优化后机头下偏削弱了头部向下传播的激波强度,从而减小了远场声爆最大过压值;机翼精细化设计后阻力减幅达9.5%,载荷内移,外翼段压差阻力减小,同时压力分布形态表现出逆压梯度减弱、压力恢复更加平缓的特征。气动声爆综合特性明显优于初始构型,验证了优化系统的有效性。 展开更多

关键词 离散伴随方法 超声速客机 气动优化设计 声爆 波形参数法

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兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化 被引量：1

19

作者 刘峰博 郝海兵 +1 位作者 李典 梁益华 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第5期48-58,I0001,共12页

发展气动/声爆伴随优化设计方法对于研制新一代超声速客机具有重大意义。典型的气动/声爆伴随优化设计方法分为两种:近场信号的伴随优化和远场声爆预测耦合伴随设计优化。将最新发展的基于离散伴随理论的近场声爆信号反设计与气动特性... 发展气动/声爆伴随优化设计方法对于研制新一代超声速客机具有重大意义。典型的气动/声爆伴随优化设计方法分为两种:近场信号的伴随优化和远场声爆预测耦合伴随设计优化。将最新发展的基于离散伴随理论的近场声爆信号反设计与气动特性优化结合,提出兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化策略。首先,概述了伴随方程梯度求解和提出的基于信号射线方法的近场过压提取及目标过压装配过程,并验证了优化流程中近场信号及地面波形预测的准确性。其次,针对超声速民机标模,开展了低阻优化、近场低声爆反设计、兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化三种策略的对比研究,结果表明兼顾气动和近场声爆特性优化策略的伴随优化在综合提升气动和低声爆特性上表现更优。最后与文献中相同算例的优化结果进行对比分析,进一步证明了该优化策略在超声速民机设计中的应用潜力。 展开更多

关键词 超声速客机 计算流体力学 气动优化 离散伴随方法 声爆优化 反设计

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基于伴随方法的超声速客机机翼气动优化设计 被引量：4

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作者 李立 白俊强 +2 位作者 郭同彪 傅子元 陈颂 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期843-849,共7页

采用基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方程的离散伴随方法,针对超声速客机构型开展了气动减阻优化设计研究。将自由型面变形(FFD,free form deformation)参数化技术、基于逆距离权重插值算法(IDW:inverse distance weighting... 采用基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方程的离散伴随方法,针对超声速客机构型开展了气动减阻优化设计研究。将自由型面变形(FFD,free form deformation)参数化技术、基于逆距离权重插值算法(IDW:inverse distance weighting)的网格变形算法和基于序列二次规划算法(SQP:sequential quadratic programming)的梯度优化算法等进行组装,建立了一套基于梯度的气动优化设计系统。通过该系统对超声速客机机翼实现精细参数化并基于此添加考虑结构要求及容积要求的厚度约束,继而进行了以全机阻力最小为设计目标的气动优化设计研究。设计结果表明,全机阻力减幅达到5.7%,机翼的激波区域得到有效抑制、激波强度明显降低,并且中外翼段压力分布形态表现出前缘吸力峰值降低,逆压梯度减弱,压力恢复更加平缓的特征。 展开更多

关键词 离散伴随方法 超声速客机 气动优化设计 激波阻力 压力分布

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